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聚合物锂电池新技术诞生,充电速度将提升十倍

作者: GLIDA发表时间:2021-07-19 16:09:09浏览量:80

很难想象我们的日常生活中没有锂离子电池。它们主导着便携式电子设备的小尺寸电池市场,也广泛应用于电动汽车。同时,锂离子电池也存在一些严重的问题,包括:潜在的火灾隐患和低温性能下降;而废电池的处理对环境有很大的影响。
文本标签:聚合物锂电池

  很难想象我们的日常生活中没有锂离子电池。它们主导着便携式电子设备的小尺寸电池市场,也广泛应用于电动汽车。同时,锂离子电池也存在一些严重的问题,包括:潜在的火灾隐患和低温性能下降;而废电池的处理对环境有很大的影响。



  根据俄罗斯一个研究小组的负责人、圣彼得堡大学电化学研究系教授奥列格列文,的说法,化学家一直在探索含有硝基的氧化还原活性聚合物作为电化学储能材料。这些聚合物的特点是高能量密度。由于快速的氧化还原动力学,这种聚合物电池具有快速的充电和放电速度。然而,当将其应用于产品时,挑战之一是缺乏导电性,这阻碍了电荷的收集。即使使用高导电性的添加剂,如碳,也很难解决问题。



  为了找到解决这个问题的方法,圣彼得堡大学的研究人员合成了一种基于镍硒配合物的聚合物。这种金属聚合物的分子就像一根分子线,将高能量的硝酰基脑垂体与其相连。该材料的分子结构使其能够在宽温度范围内实现高电容性能。



  我们在2016年提出了这种材料的概念。当时,我们开始开发一个基础项目‘基于有机金属聚合物的锂离子电池电极材料’。该项目得到了俄罗斯科学基金会的支持。在研究这类化合物的电荷传输机制时,我们发现有两个关键的发展方向。首先,这种化合物可以作为保护层覆盖电池的主导体电缆,否则将由传统的锂离子电池材料制成。奥列格莱文解释说,其次,它们可以用作电化学储能材料的活性成分。



  这种聚合物的研发花了三年多的时间。第一年,科学家们测试了新材料的概念:他们组合了各种组件来模拟导电躯干和含有硝酰基的氧化还原活性脑垂体。有必要确保结构的所有部分能够相互合作和加强。下一步是化合物的化学合成。这是项目中最具挑战性的部分。这是因为有些成分极其敏感,科学家哪怕是最轻微的失误都有可能导致样品降解。



  在获得的几个聚合物样品中,只有一个样品足够稳定和有效。新化合物的主链由镍和Salen配体的络合物形成(Salen是水杨醛和的结合物,乙二胺)。一种稳定的自由基可以快速氧化和还原(充电和放电),通过共价键连接到主链上。由我们的聚合物制成的电池可以在几秒钟内充电,比传统的锂离子电池快10倍左右。这已经被一系列的实验证明了。但是,目前它的容量仍然落后——比锂离子电池低30-40%。奥列格莱文说:“我们目前正在努力提高这一指标,同时保持充放电率。



  新电池的负极已经制造出来,用作化学电流源的阳极。现在我们需要一个负极。其实不需要从头开始做。它可以从现有的电极中选择。它们将共同组成一个系统,可能很快会在某些领域取代锂离子电池。新电池可以在低温下工作,在快充需求高的地方会是一个不错的选择。它使用安全,没有任何可能造成燃烧危险的物质,不像现在广泛使用的钴基电池。它含有较少的对环境有害的金属。奥列格莱文说:“我们的聚合物含有少量镍,但比锂离子电池中的镍少得多。

2021-07-19 80人浏览

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